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1、激光内雕机的调查报告一、激光内雕技术 激光内雕技术原理 在水晶礼品的柜台前，经常看到一些内部雕刻有一些图案的玻璃、水晶工艺品，这些玻璃、水晶工艺品是用电脑控制的激光内雕机制作成的。通常见到的工艺品大多不是真正的水晶，而是人造水晶。“激光”则是对人造水晶（也称“水晶玻璃”）进行“内雕”最有用的工具。采用激光内雕技术，将平面或立体的图案“雕刻”在水晶玻璃的内部。激光要能雕刻玻璃，它的能量密度必须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值，而激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃
2、的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点，在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持原样完好无损。激光内雕辅助成像技术其实，一般的3D成像技术，是利用图形学方法获取3D图像的，需要投射高亮激光来测量对象，通过激光束的远近，进行物体的图像和模型处理，整个过程非常繁杂。要拍摄多次，才能获得对象的3D图像，代价昂贵，并且速度很慢，特别是不适于捕捉活动对象的图像。整个过程有时长达几十分钟，拍摄期间物体是不能动的。这意味着这种摄影技术只能运用在风景和不动的物体上。后来人们发明了3DFlash摄影技术，该技术
3、在拍摄人体方面有绝对的优势在0.01秒内就可以获取高分辨率，获得人脸精确的三维数据。3DFlash三维闪光灯可以和普通二维数字照相机连接，把特制光栅编码投影到物体表面，并且由数字相机摄取此编码图像。通过特殊的解码软件，对编码图像进行分析，找出图像的X、Y、Z轴的3D信息，在这个步骤下，处理出的人像是网格组成的3D网人像，下一步就是给人脸贴皮肤和上色。完成之后，一个360度的3D完整头像就这样在电脑里制作出来了。电脑再将信息输入内雕机，就可以制作出完美的人像内雕工艺品了。激光内雕产品激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。而激光
4、内雕机正是将激光技术和计算机技术结合起来的高新一体化新型激光外设加工设备。激光内雕机采用高性能的激光和数控技术，通过自主研制的光学系统、控制系统和计算机软件，在水晶、玻璃内实现三维动态精密激光雕刻，解决了雕刻速度慢、系统工作不稳定、丢激光点，对图像和文字处理软件功能不全、使用计算机接口控制卡、激光爆炸点不均匀、自动控制装置不尽完善、设备性价比低等问题。全面提高了系统的效率、精度、可维护性、通用性和安全性。水晶玻璃内雕作品在色彩上变得更为丰富是必然的。利用水晶玻璃工艺品的内雕部分对光线具有较强的反射、折射作用，而空白部分对光线具有较好的通透性能的光学原理，由微控制电路按照三基色调色板原理，分别控
5、制几种色彩的灯，在“内雕”图像上混色，变化出多种绚丽的色彩 ，从而使原本白色的内雕图像呈现出五彩缤纷、光彩夺目的效果。在彩色内雕的技术研究上，上海光机所“光子技术”国际合作实验室有突出表现。有关专家在开拓激光诱导空间选择性三维微结构创新研究的基础上，采用脉冲激光诱导方法，按照设计要求在玻璃中成功地内雕出立体多色图案。伴随着行业的成熟和市场需求标准的提高，激光内雕技术必然由无色向彩色工艺发展。二、激光内雕机 激光内雕机通过专用点云转换软件，将二维或三维图像/人像转换成点云图像，然后根据点的排列，通过激光控制软件控制水晶的位置和激光的输出，在水晶处于某一特定位置时，聚焦的激光将在水晶内部打出一个个
6、的小爆破点，大量的小爆破点就形成了要内雕的图像/人像。激光内雕机主要有以下优点：自动化程度高、可靠性好、连续工作时间长、雕刻速度更快；适用的软件丰富、可制作各种立体、平面的文字、图像等；非接触式加工，保证水晶体表面原有光洁度。主要用于水晶和玻璃工艺品、纪念品的制作和加工，装饰装潢、玻璃深加工、影楼、镜业、旅游景点、酒店、画廊等领域及需要对透明材质进行内雕的行业，如手机按键、贴膜、陶瓷釉面等。 随着社会的发展，人们的鉴赏水平有了很大的提高，水晶内雕工艺品不再是超出人们经济能力围的奢侈品，在发达国家已走进寻常百姓家。这为激光器在内雕行业中的应用带来了强大的动力。目前，水晶内雕机已经完成了由白光机向
7、绿光机、灯泵机向半导体泵浦机、工位机向振镜机的转变，内雕的效果越来越好，内雕机的工作效率也越来越高。激光内雕机的核心是激光器，最初工业用的内雕机是灯泵式白光机，内雕行业所谓的白光就是肉眼见不到的1 064 nm的红外光，这个波长的光能够用于内雕，但点子过于粗大使内雕的效果比较粗糙，因此图案的分辨率不高。后经研究发现，1064nm的倍频光532nm在雕刻效果方面优于白光机，而且532nm的绿光在可见光范围内易于调节，只是多一个倍频晶体。因此，在很短的时间内绿光机取代了白光机，进人了内雕加工工业，白光内雕机已经基本被淘汰。目前占据主导地位的是绿光内雕机，一种是采用半导体泵浦固体激光技术的内雕机，另
8、一种是灯泵浦Nd: YAG激光内雕机，该技术已在中国钨绞丝网双力电动轿车配件等工业领域得到广泛应用。半导体泵浦激光内雕机采用半导体泵浦固体如Nd:YAG产生激光，其具有高的雕刻速度，没有耗材，但其价格极高。灯泵浦激光内雕机采用氙灯泵浦Nd:YAG产生激光，其雕刻速度较慢，有耗材，需要两到三个月更换一只氙灯，但其价格相对便宜得多。 灯泵机因为成本低，所以并没有完全被淘汰，仍然可以满足低端客户的需要。但是，随着生产力水平的提高，各种原材料的价格降低，半导体激光器的成本将呈下降趋势，并将最终取代灯泵机成为市场的主流。现阶段应用在激光内雕行业的半导体激光器主要分两类：电光调Q激光器和声光调Q激光器，它
9、们各有优缺点。对于水晶内雕而言，电光调Q方式由于脉宽窄，峰值功率高，每个脉冲都会达到水晶的爆炸点，因此一般的玻璃(钢化玻璃除外)都能打进去，但在高频条件下电光调Q不够稳定电光调Q频率一般不超过1000 Hz。声光调Q由于峰值功率不高，水晶有杂质部分就可能因为峰值功率达不到爆炸点而漏点。而且，就算对于纯度非常高的水晶，激光器的出光功率也不可能是百分之百稳定，必然有波动，功率较低的时候也可能打不出点，但却能在高频下稳定工作，通常3 000Hz以上的内雕机都是用声光调Q激光器。如何解决电光调Q在高频下不稳定的问题，或者如何解决声光调Q峰值功率不够高的问题，这都是将来工作的重点。早期的激光内雕机是工位
10、机，所谓工位机就是将水晶粘在工作平台上，由X和Y两个方向的电机带动丝杠转动来使工作平台移动，Z轴的移动则由Z轴方向的电机控制。由于这种机械移动需要带上负载，因此速度不可能太快，致使工位机的雕刻速度一般都达不到理论最大值，远不能满足高速内雕的需要。然而，振镜则是通过控制光的方向，用类似于光扫描的方式来控制打点，因此速度非常快，几乎能在接近理论最大速度的情况下工作，其工作速度能够满足3 000 Hz以上的频率要求。各内雕机生产商已经开始在内雕机上使用振镜，但振镜机并没有立刻取代工位机，因为聚焦镜补偿能力有限，造成其工作范围太小，使用F=100 mm的聚焦镜，其工作范围约为60mm。使用长焦距的聚焦
11、镜能使雕刻范围有所增加，比如使用 F=160 mm 的聚焦镜，工作范围110mm。但这又会带来其他问题：焦距太长，焦深也就长，雕出的点子就比较细长，图案在正面看没有大问题，但从侧面看，图案就显得很朦胧，不够清晰。目前内雕机生产商为了获得更好的雕刻效果，一般多采用焦距在100110 mm的聚焦镜。同时，为了克服振镜机工作范围小的缺点，又派生出五维内雕技术。所谓的五维就是用振镜结合工位机的特点，将图案分成若干块，每一块都用振镜来雕刻，完成一块后再通过电机移动到另一块。这样既能实现高速内雕，又能兼顾大幅面工作。但这样做存在拼接问题，目前的工作重点是如何才能使块与块之间拼接的非常好且看不出任何的缝隙或
12、者重叠。 目前市场上的激光内雕机有单头、多头及大幅面内雕机。三、激光内雕机的主要生产厂家目前我国生产的激光内雕机的类型比较繁杂，灯泵、半导体泵浦、声光调Q、电光调Q、工位机、振镜式等各种类型的都有。主要的生产厂家有：上海镭立激光 上海镭立是国内第一家研制并生产激光内雕设备的厂家，也是国际上首家采用绿色激光生产高精细内雕设备的厂家，目前上海镭立是国内最大，品种最全的激光内雕设备生产及供应商。产品包括二维、三维、单头、多头、高频、大幅面内雕机，上海镭立是业内首家研制并生产三维激光内雕系统的厂家，也是国内最大的三维激光雕系统的制造商与供应商，占据国内激光内雕机的市场份额。上海镭立激光所生产的大幅面内
13、雕机可以雕刻的幅度为2200*1500*50mm，这是目前国内最大幅面雕刻。上海镭立内雕机报价：30万，所用的半导体激光器的参数为：泵浦方式半导体半导体半导体单脉冲能量/mJ10.82单脉冲功率/kw100400240脉宽/ns1028重复频率/kHz224平均输出功率/w21.68大族激光深圳市大族激光科技股份有限公司主要从事激光加工设备的研发、生产和销售。公司的主导产品是激光打标机、激光切割机、激光焊接机、PCB激光钻孔机、激光制版机，激光雕刻机等激光设备，拥有全系列的激光加工设备生产线，即可为客户提供单件、批量的激光加工设备，更具有为客户提供一整套激光加工解决方案及其相关配套设施的综合能
14、力。产品已广泛应用于IT、电子、通讯、机械、五金包装、鞋材皮革、轻工产品珠宝首饰、眼镜集成电路焊接切割防伪技术工艺礼品塑胶模具医疗器械舞台、城市亮化等行业。大族激光是国内激光行业的领军企业。其生产的内雕机有二维、三维及大幅面内雕机，报价为万，采用自己研发的绿光和紫光激光器，参数为：泵浦方式半导体侧泵半导体端泵 335单脉冲能量/mJ2.40.4平均输出功率/w2.42南京欧凯激光欧凯激光是一家集研发、生产、销售、服务为一体的现代化大型激光设备企业。主要产品包括：金属打标机、电化打标机、蚀刻机、气动打标机、CO2激光打标机、灯泵浦激光打标机、半导体激光打标机、光纤激光打标机、激光刻线机、激光焊接
15、机、激光切割机、激光划片机、激光喷码机、激光雕刻机、PCB激光钻孔机、CTP激光制版机等。激光产品广泛应用于各个行业：五金、电子电器、集成电路、仪器仪表、印刷电路、计算机制造、手机通讯、汽车配件、精密器械、食品公司及药品包装、建材、珠宝首饰、工艺礼品、钟表眼镜、塑胶、木器、有机玻璃、服装服饰、皮革等。欧凯激光激光内雕机的报价为万、万、万，所用激光器的参数为：泵浦方式灯泵半导体单脉冲能量/mJ10.8单脉冲功率/kw0脉宽/ns1重复频率/kHz.2平均输出功率/w1.武汉花海激光武汉华海光电子有限公司是从事气体、固体激光器、激光成套加工设备开发、生产及工艺品加工、销售的高新技术企业，是“武汉中国光谷”的骨干企业。研制了以气体激光为主的激光雕刻机、切割机、内雕机等一系列激光产品。广泛应用于刻章、广告、雕版、鞋样、服装、工业及工艺礼品等行业。武汉华海光电内雕机报价灯泵万、半导体泵浦万。所用激光器参数：泵浦方式灯泵半导体单脉冲能量/mJ1.单脉冲功率/kw0脉宽/ns1重复频率/kHz.平均输出功率/w武汉森托尼激光 武汉森托尼激光有限公司坐落于“中国光谷”，是一家
